CN101423402A

CN101423402A - 一种含Al8B4C7的复合耐火材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101423402A
Application number: CNA2008101977390A
Authority: CN
Inventors: 邓承继; 祝洪喜; 白晨; 余毅
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-05-06

Abstract

本发明涉及一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。所采用的技术方案是：先将25～45wt％的硼砂、10～45wt％的工业炭粉和30～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1400～1800℃×2～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命。

Description

一种含Al8B4C7的复合耐火材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合耐火材料领域，尤其涉及一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。

背景技术

含Al₈B₄C₇的复合耐火材料具有优良的耐高温性能和热稳定性能，是制备有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料的原料，也是含碳耐火材料和非氧化物耐火材料防止氧化的抗氧化剂，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，取代碳复合耐火材料，有利于提高钢的质量，具有良好的使用效果。

Al₈B₄C₇具有高熔点、高强度、低热膨胀系数以及优异的抗氧化和抗水化性能，是一种高温结构材料和高性能耐火材料，也是含碳材料和非氧化物耐火材料使用的抗氧化剂。目前国内外制备的含Al₈B₄C₇材料的主要方法是以B粉或者B₄C粉为化合物Al₈B₄C₇中B的来源，和金属Al粉、C粉或者Al₄C₃在1500-1800℃高温反应合成。它们合成成本比较高，很难实现生产的工业化。

发明内容

本发明的任务是提供一种原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法。用该方法制备的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的性能优良和使用寿命延长。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：先将25～45wt％的硼砂、10～45wt％的工业炭粉和30～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1400～1800℃×2～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

其中：硼砂的Na₂B₄O₇·10H₂O含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；金属铝粉的Al含量≥90wt％，粒径为0.1～0mm；工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；结合剂或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上，或结合剂为酚醛树脂。

由于采用上述技术方案，本发明所采用的工业炭粉、金属铝粉和硼砂来源广泛，复合耐火材料中含的Al₈B₄C₇都是在材料内部由硼砂、金属铝粉和C反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。Al₈B₄C₇不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗氧化和抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温下部分Al₈B₄C₇氧化生产硼酸盐玻璃，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使材料表层致密化，一方面阻止氧气进入材料内部，保护材料不被氧化；另一方面阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。

因此，本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料不仅性能优良、能延长使用寿命，且适于含碳耐火材料或者非氧化物耐火材料作为抗氧化剂使用、也适合用于制备有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料的原料、尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。

具体实施方案

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将25～30wt％的硼砂、40～45wt％的工业炭粉和30～35wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物5～8wt％的木质素磺酸钙，木质素磺酸钙先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌15～25分钟，压制成型，在90～110℃条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和在1600～1700℃×5～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例1所述混合物的理化指标是：硼砂的Na₂B₄O₇·10H₂O含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；金属铝粉的Al含量≥90wt％，粒径为0.1～0mm；工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm。

实施例2

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将30～35wt％的硼砂、35～40wt％的工业炭粉和30～35wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物6～7wt％的木质素磺酸钠，木质素磺酸钠先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌5～15分钟，压制成型后在80～100℃条件下干燥18～30小时；然后在氩气气氛下和在1700～1800℃×4～5小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例2所述混合物的理化指标同实施例1。

实施例3

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将35～40wt％的硼砂、30～35wt％的工业炭粉和30～35wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～6wt％的亚硫酸纸浆废液，搅拌10～20分钟，压制成型后在60～90℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1500～1600℃×5～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例3所述混合物的理化指标同实施例1。

实施例4

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将40～45wt％的硼砂、25～30wt％的工业炭粉和30～35wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物8～10wt％的工业糊精粉，搅拌15～20分钟，压制成型，在室内自然干燥24～26小时；然后在氩气气氛下和在1400～1500℃×5～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例4所述混合物的理化指标同实施例1。

实施例5

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将40～45wt％的硼砂、20～25wt％的工业炭粉和35～40wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～7wt％的聚乙烯醇，搅拌5～15分钟，压制成型，在室内自然干燥36～48小时；然后在氩气气氛下和在1700～1800℃×2～3小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例5所述混合物的理化指标同实施例1。

实施例6

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将40～45wt％的硼砂、15～20wt％的工业炭粉和40～45wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物4～8wt％的酚醛树脂，搅拌10～20分钟，压制成型，在90～110℃条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×3～4小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例6所述混合物的理化指标同实施例1。

实施例7

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将40～45wt％的硼砂、10～15wt％的工业炭粉和45～50wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物8～10wt％的亚硫酸纸浆废液和工业糊精粉，搅拌5～15分钟，压制成型，在80～110℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛和在1750～1800℃×5～6小时的条件下烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。本实施例7所述混合物的理化指标同实施例1。

实施例8

一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料及其制备方法。先将35～40wt％的硼砂、10～15wt％的工业炭粉和50～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物7～9wt％的木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液和工业糊精粉，搅拌15～25分钟，压制成型后在60～80℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1650～1750℃×5～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

本实施例8所述混合物的理化指标同实施例1。

本具体实施方式所采用的工业炭粉、金属铝粉和硼砂来源广泛，复合耐火材料中含的Al₈B₄C₇都是在材料内部由硼砂、金属铝粉和C反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。Al₈B₄C₇不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗氧化和抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温下部分Al₈B₄C₇氧化生产硼酸盐玻璃，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使材料表层致密化，一方面阻止氧气进入材料内部，保护材料不被氧化；另一方面阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。

因此，本具体实施方式具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料不仅性能优良、能延长使用寿命，且适于含碳耐火材料或者非氧化物耐火材料作为抗氧化剂使用，也适合用于制备有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料的原料，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。

Claims

1、一种含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法，其特征在于先将25～45wt％的硼砂、10～45wt％的工业炭粉和30～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1400～1800℃×2～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即得含Al₈B₄C₇的复合耐火材料。

2、根据权利要求1所述的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的硼砂的Na₂B₄O₇·10H₂O含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm。

3、根据权利要求1所述的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的金属铝粉的Al含量≥90wt％，粒径为0.1～0mm。

4、根据权利要求1所述的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm。

5、根据权利要求1所述的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上，或结合剂为酚醛树脂。

6、根据权利要求1～5项中任一项所述的含Al₈B₄C₇的复合耐火材料的制备方法所制备的含Al₈B₄C₇-Al₄O₄C质复合耐火材料。